ECOABITA Il progetto pilota sulla certificazione energetica degli edifici Corso Progettista Ecoabita Introduzione Impianti Dott. Ing. Roberto Capra ACER RE – UNIVERSITA’ DI FERRARA

Introduzione impianti: Argomenti trattati PREMESSE L’approccio progettuale integrato al sistema edificio-impianto Potenza ed energia Il calore sensibile e il latente: il PCS e il PCI Il benessere termoigrometrico e gli impianti di climatizzazione Sintesi evoluzione quadro normativo Le perdite di trasformazione Il SISTEMA IMPIANTI MECCANICI Impianto di climatizzazione e i suoi sottosistemi : Produzione fluido termovettore: caldaie e pompe di calore Distribuzione fluido termovettore: tubazioni ed isolamenti Corpi scaldanti Sistemi di regolazione e contabilizzazione e taratura La caratterizzazione energetica del sistema edificio impianto

Dettagli impiantistici: La potenza misura l’attitudine di un sistema a compiere un lavoro (unità di misura kW, J/s) L’energia è la potenza nel tempo (unità di misura kWh, J) E t 3

Introduzione impianti: Calore latente e sensibile Si definisce calore sensibile il calore scambiato senza cambiamento di fase, quindi con cambiamenti di temperatura. Si definisce calore latente il calore con cambio di fase, senza cambiamenti di temperature. Cambiamenti di fase Evaporazione – passaggio da liquido a gas con assorbimento di calore dall’ambiente dovuto alla differenza tra la tensione di vapore e la pressione dell’ambiente Condesanzione – passaggio da gas a liquido con cessione di calore all’ambiente 4

Introduzione impianti: Calore latente e sensibile H2 O 10°C… 70°C… 100°C… 100°C… 5

Introduzione impianti: Pcs e Pci 6

Introduzione impianti: Climatizzazione invernale Significa controllare le seguenti grandezze: TEMPERATURA UMIDITA’ VELOCITA’ DELL’ARIA QUALITA’ DELL’ARIA Se un impianto controlla solo la temepatura si chiama impianto di riscaldamento Se un impianto controlla la qualità dell’aria si chiama impianto di ventilazione 7

Dettagli impiantistici: Il rendimento di trasformazione Corso Progettista, I° edizione Dett. impiantistici, R. Capra 27/10/2007 8

Introduzione impianti: L’evoluzione del quadro normativo Legge 373/76 – (CD, Limiti sul acqua calda sanitaria (48° C), etc) Legge 46/90 e decreto 447 – Norme UNI, UNI-CIG, UNI-CTI, CEI, etc Legge 10/91 - (CD, PDC, rendimenti di FEN, etc) -PEN DPR 412/93 – (Classificazione comuni, orari e periodi di accensione, isolamento etc) CE 2002/91 – EPBD D. lgs 192 – 2005 D. lgs 311 – 2006 si attendono i decreti attuativi esistono le linee guida Introduzione in ITALIA del “conto energia” per l’installazione del fotovoltaico 27/7/2005 La legge finanziaria 2007 con la lenzuolata sull’energia detrazione 55% ART. 344 – riqualificazione energetica ART 345 – Interventi sull’involucro ART 346 - Installazione pannelli solari ART 347 – Sostituzione impianti di climatizzazione invernali Rif 01 : Doc. 9

Introduzione impianti: SISTEMA EDIFICIO-IMPIANTO SISTEMA EDIFICIO-IMPIANTO IMPIANTI Meccanici Involucro edilizio IMPIANTI Elettrici SI DEVE ADOTTARE LA LOGICA DEL SISTEMA EDIFICIO IMPIANTO, QUINDI PENSANDO AD UN ORGANISMO EDILIZIO UNICO COSTITUITO DALLE SINGOLE COMPONENTI CHE CONCORRONO INSIEME A GARANTIRE L’ABITABILITA’ E IL COMFORT PER GLI OCCUPANTI E A MINIMIZZARE I COSTI ENERGETICI DI GESTIONE 10

Introduzione impianti: Componenti impianti riscaldamento Centrale di produzione del calore Sistema di distribuzione del fluido termovettore (tubazioni e isolamento) 3. Terminali di erogazione negli ambiente climatizzati. Sistema regolazione Componenti caratterizzate da un rendimento termodinamico produzione distribuzione emissione regolazione 11

Introduzione impianti: Le caldaie Rif 02 : Doc. su caldaie 12

Dettagli impiantistici Rendimento di generazione ηp: Corso Progettista, I° edizione Dett. impiantistici, R. Capra 27/10/2007 13

Introduzione impianti: Le caldaie Nelle caldaie convenzionali i fumi escono ad alta temperatura, superiore ai 100°C. Il flusso termico dei fumi ad alta temperatura, pur rappresentando una necessità tecnologica rappresenta tuttavia una consistente dissipazione energetica. Un’altra dissipazione energetica è inoltre associata al "calore latente" del vapore d'acqua generato nel processo chimico della combustione disperso insieme agli altri fumi. Le “vecchie caldaie” sono spesso caratterizzate da rendimenti termici poco soddisfacenti) anche perché sovradimensionate. Nelle caldaie più recenti, ma anche nelle migliori caldaie moderne, il rendimento è al massimo di poco superiore al 90% Atmosferiche Premiscelate http://www.ilportaledelsole.it 14

Dettagli impiantistici: Rendimento caldaia tradizionale 15

Dettagli impiantistici: Rendimento caldaia tradizionale http://www.ilportaledelsole.it INNOVAZIONE CALDAIA A CONDENSAZIONE: utilizzare il calore contenuto nei fumi per riscaldare acqua. Le caldaie a condensazione raffreddano i fumi fino al "punto di rugiada“ recuperando parte del calore contenuto in essi. I fumi diventano così freddi che è possibile utilizzare una semplice tubazione in plastica come canna fumaria. Grazie a questo recupero termico, nelle migliori caldaie a condensazione si riescono ad ottenere rendimenti superiori al 100% (shift potere calorifico inferiore – potere calorifico superiore) 16

Introduzione impianti: Caldaie a condensazione 17

Dettagli impiantistici: Rendimento caldaia tradizionale 18

Introduzione impianti: Caldaie a condensazione ] 19

Introduzione impianti: Caldaie a condensazione 20

Dettagli impiantistici: Caldaie a condensazione 21

Introduzione impianti: Caldaie a condensazione 22

Introduzione impianti: Caldaie a condensazione 23

Introduzione impianti Recuperatore di calore [Carattere testo: Arial Narrow 24, nero] 24

Introduzione impianti Caldaie in cascata 25

Introduzione impianti Caldaie a biomasse 26

Introduzione impianti Caldaie a biomasse CIPPATO Il termine deriva dall'inglese Chips "pezzettini“. I “pezzettini” sono gli scarti di legno ricavati dall’attività delle segherie. Sono escluse le lavorazioni sui legni trattati(vernici, ecc.) E' un ottimo combustibile che può essere utilizzato per alimentare caldaie e/o stufe per riscaldamento e/o produzioe di acqua sanitaria. Il potere calorifico del cippato varia dai 3000/4500 Kcal/h/kg = 3,5-5,24 kW in base al grado di umidità. Il costo del cippato è abbastanza basso, Il cippato è non inquinante e rinnovabile. Ideale per teleriscaldamento e per riscaldamento di singoli edifici e/o fabbricati industriali; Consente risparmi fino all'80% sui gas e idrocarburi. Con circa 2,5 Kg di legno CIPPATO, costo al Kg 0.03-0.04 €, si sviluppa la stessa potenza di un litro di gasolio. 27

Introduzione impianti Caldaie a biomasse Pellets I PELLETS sono a base di legno naturale; come materia prima per la loro produzione si utilizzano trucioli di piallatura e di segheria che, senza l'aggiunta di sostanze agglomeranti di origine chimico-sintetica, vengono pressati sotto forma di rullini cilindrici con un diametro di 10 mm circa. I pellets vengono forniti in sacchi da 15 - 20 - 50 kg per le piccole utenze. Possono essere trasportati da autocisterna, munita di sistema pneumatico e relative tubazioni, per stiparli in eventuali silos per le grandi utenze. La potenzialità energetica di 1 m³ di pellet corrisponde a quella di circa 350 litri di gasolio. Il bruciatore a pellet è stato inventato negli USA. E’ già utilizzato da migliaia di edifici italiani. Sono commercializzati vari modelli di bruciatori, il cui rendimento medio è del 90% circa. Sono disponibili taglie di impianto di diversa potenza. I dispositivi sono di norma completamente automatizzati : un microprocessore controlla l'accensione, temperatura, portata di massa di pellet nella caldaia, l'addensamento delle ceneri. 28

Introduzione impianti Caldaie a biomasse TRUCIOLI Possono essere facilmente reperiti in commercio diversi modelli di caldaie a trucioli, il rendimento medio è del 90% circa, diverse le taglie di potenza; Sono normalmente sistemi completamente automatizzati : un microprocessore controlla l'accensione, la temperatura, l'immissione di questi pellets nella caldaia, l'addensamento delle ceneri, la pulitura automatica della caldaia. Per servirsi dei trucioli come combustibile non è necessario abbattere appositamente nuovi alberi: per produrli si utilizzano esclusivamente residui provenienti da lavorazioni legate al legno, quali mobilifici e falegnamerie.  Nella combustione del legno la quantità di CO2 emessa è la stessa che si viene a produrre durante la fase di putrefazione del legname. Attenzione: problemi con le emissioni di polveri (filtro a manica sostenibile solo in grandi impianti) 29

Introduzione impianti Caldaie a biomasse potere calorifici 30

Introduzione impianti Caldaie a biomasse - esempio ABITAZIONE DI CIRCA 100 mq IN UN INVERNO DI 180 GIORNI NECESSITA' DI 10.000 kCal/h IN MEDIA CONSUMERA': METANO - 180 GG x 24 h x 10000 kCal x Euro 0.08 : 1000 = Euro 3456,00 GASOLIO - 180 GG x 24 h x 10000 kCal x Euro 0.11 : 1000 = Euro. 4752,00 GPL - 180 GG x 24 h x 10000 kCal x Euro 0.10 : 1000 = Euro 4320,00 LEGNA - 180 GG x 24 h x 10000 kCal x Euro 0.04 : 1000 = Euro 1728,00 31

Introduzione impianti: Le pompe di calore Rif 03: Doc. su pompe di calore 32

Introduzione impianti Pompe di calore Le pompe di calore esistono sul mercato dagli anni 50, si tratta dunque di una tecnica affidabile e ampiamente collaudata. Possono funzionare sia in caldo che in freddo. 33

Introduzione impianti Pompe di calore Q fornito serbatoio caldo ad alta temperatura Q sottratto al serbatoio freddo a bassa temperatura (2 kW) (3 kW) Bassa pressione Alta pressione L=lavoro in kW (1 kW) 34

Introduzione impianti Pompe di calore 35

Introduzione impianti Pompe di calore L’efficienza di una pompa di calore è rappresentata dal coefficiente di prestazione C.O.P. (Coefficient of Performance), inteso come il rapporto tra l’energia termica resa al corpo da riscaldare e l’energia elettrica consumata. C.O.P.= Qt / L È funzione della temperatura della sorgente fredda e della sorgente calda È funzione del gas refrigerante (R407, R410) E’ funzione del tipo di macchina (scambiatori,compressori, ventilatori,etc) NB = Bisogna stare attenti ai dati dichiarati dai costruttori perché danno solo l’assorbimento elettrico dei compressori 36

Introduzione impianti Pompe di calore Condensate ad aria (COP= 2-3) PDC elettriche C.O.P Geotermiche (3,5-4,5) Condensate ad acqua Pozzo o lago (5) 37

Introduzione impianti Pompe di calore 38

Introduzione impianti Pompe di calore 39

Introduzione impianti Pompe di calore La variazione del C.O.P. al variare della temperatura esterna 40

Dettagli impiantistici: Le sonde geotermiche 41

Dettagli impiantistici: La sonda geotermica Le sorgenti di calore – sonda geotermica -3°C 0°C +15°C 42

Dettagli impiantistici: La sonda geotermica La singola U si utilizza quando non è possibile infilare la guaina fino in profondità. Quindi, dopo perforazione si fa getto bentonite e poi su infula la sonda (la singola U permette di utilizzare spessori maggiori quindi offre maggiore resistenza all’infilamento) cautelativamente l’esperienza porta a 35 W/m cautelativamente l’esperienza porta a 50 W/m 43

Dettagli impiantistici: Le sonde geotermiche 44

Introduzione impianti Pompe di calore L’efficienza di una pompa di calore è rappresentata dal coefficiente di prestazione C.O.P. (Coefficient of Performance), inteso come il rapporto tra l’energia termica resa al corpo da riscaldare e l’energia elettrica consumata. C.O.P.= Qt / L Bisogna calcolre il COP rispetto all’energia primaria pertanto i rendimenti risultano: Nel caso di una pompa ad aria circa 1,05-1,10 Nel caso di una pompa ad acqua 1,4-1,8 45

Introduzione impianti: confronto rendimenti G.U.E. GAHP-A RENDIMENTO CALDAIE A CONDENSAZIONE COP POMPE DI CALORE ELETTRICHE COP RICALCOLATO SU ENERGIA PRIMARIA UNI 10349: Temperatura media stagione invernale periodo diurno: Roma 10°C – Bologna 8°C 46

Introduzione impianti: La pompa di calore 47

Introduzione impianti: Macchina ad assorbimento 48

Introduzione impianti: Macchina ad assorbimento [Carattere testo: Arial Narrow 24, nero] 49

Dettagli impiantistici: confronto rendimenti 150 ROBUR GAHP 140 120 Caldaie a condensazione – ritorno 30 °C 110 Caldaie a condensazione – ritorno 60 °C 100 Caldaie ad alto rendimento 90 80 Caldaie tradizionali 70 1970 1973 1976 1979 1982 1985 1988 1990 2007 Corso Progettista, I° edizione Dett. impiantistici, R. Capra 27/10/2007 50

Introduzione impianti: Il sistema di distribuzione (tubazioni ed isolamento) Rif 04: Doc. tubazioni 51

Introduzione impianti: Il sistema di distribuzione (tubazioni ed isolamento) 52

Introduzione impianti: Il sistema di distribuzione (tubazioni ed isolamento) 53